CN105057007A - 甲醇制汽油的催化剂的再生方法和再生装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种甲醇制汽油的催化剂的再生方法，该方法包括用氮气与氧气的混合气作为再生气对催化剂进行分步烧碳再生步骤，在分步烧碳再生步骤之后还包括用氮气与碳氢化合物的混合气作为钝化气对催化剂进行钝化步骤。获得的再生方法，使孔道内的积碳烧除的更彻底，解决了催化剂活性和效率逐次降低的问题，同时还解决了再生后催化剂表面活性过强，在反应初期干气产率高、汽油产率低，产生大量低值燃料气的问题。本发明涉及的甲醇制汽油的催化剂的再生装置，易于实现对再生过程的控制，达到最佳的再生效果。

Description

甲醇制汽油的催化剂的再生方法和再生装置
技术领域
本发明涉及一种催化剂的再生方法，尤其涉及一种甲醇制汽油的催化剂的再生方法，同时，本发明还涉及该再生方法使用的再生装置。
背景技术
甲醇制汽油MTG(methanoltogasoline)是指以甲醇为原料，在一定温度、压力和空速下，采用固定床两步法工艺，通过特定的催化剂进行脱水、低聚、异构等步骤转化为C5~C10烃类油的过程。该过程在运行一段时间后，反应器内的催化剂就会发生积碳现象导致催化剂失活，生产过程中，失活催化剂需要进行再生，以恢复催化剂的活性和选择性。
目前硅铝催化剂积碳的去除方法主要是燃烧积碳法，中国专利CN201210116232.4公开了一种甲醇制烯烃催化剂的再生方法，采用二氧化碳与氧气的混合气作为再生气对催化剂上的积碳进行烧除，通过调节二氧化碳与氧气的体积比，以及再生温度，控制再生后积碳残留数量的方法。中国专利CN89105117.1公开了一种用于低碳烃芳构化的催化剂的再生方法，采用烟气与空气以一定比例混合作为再生气使催化剂表面的焦炭气化，然后通过原料气活化。工业上甲醇制汽油过程中，失活催化剂的再生存在催化剂活性和效率逐次降低的问题，而且再生后的催化剂存在反应初期干气产率高、汽油产率低的问题。美国专利US4508836公开了一种甲醇制烯烃催化剂的再生方法，采用在无氧气存在的条件下，用氢气还原积碳的方法，但该方法反应条件苛刻，易造成催化剂晶体结构损坏、内孔塌陷的问题。
发明内容
为解决现有技术中存在的不足，本发明提供了一种优化的甲醇制汽油的催化剂的再生方法。
为实现上述目的，本发明的一种甲醇制汽油的催化剂的再生方法，包括用氮气与氧气的混合气作为再生气对催化剂进行分步烧碳再生步骤，在分步烧碳再生步骤之后还包括用氮气与碳氢化合物的混合气作为钝化气对催化剂进行钝化步骤。
作为对上述方式的限定，所述分步烧碳再生步骤包括：
a、通入氮气，控制氮气体积含量不小于99.9%，于0-5.0小时升温至300-350℃；
b、停止通入氮气，通入空气，控制氧气体积含量0.5-5.0%，于5.0-8.0小时升温至390-410℃；
c、继续通入空气，控制氧气体积含量0.4-4.0%，于8.0-10.0小时升温至410-440℃；
d、继续通入空气，控制氧气体积含量0.4-3.0%，于10.0-14.0小时升温至460-500℃。
作为对上述方式的限定，所述钝化步骤包括：
A、停止通入空气，通入氮气，控制氮气体积含量不小于99.5%；
B、减少氮气通入量，通入碳氢化合物，控制碳氢化合物气体体积含量0.05-4.0%，升温至460-500℃，恒温3.0-8.0小时。
分阶段升温同时控制各阶段的氮气、氧气配比，使催化剂孔道内积碳烧除的更彻底，避免残留，完全再生催化剂的活性位点。对再生后的催化剂进行表面控制性钝化，消除因再生催化剂表面活性过强带来的干气产率高、汽油产率低的问题。通过优化分步烧碳再生步骤控制烧碳的进程，将催化剂内孔的积碳彻底清除，实现催化剂内孔表面的活性全部释放；通过增补和优化钝化步骤，将催化剂表面上的强酸性的、过高活性的活性中心有选择性地部分钝化，避免由于再生催化剂表面活性过高造成在反应初期存在的产生大量低值燃料气的问题。分步烧碳再生步骤提高了催化剂的活性，钝化步骤解决了部分活性中心活性过高的问题，两步骤具有互补和促进作用，同时提高了催化剂的活性和效率。
作为对上述方式的限定，所述碳氢化合物为含碳数1-3的烃类化合物或甲醇制汽油过程生成的干气中的至少一种。
钝化步骤使用的碳氢化合物可以为含碳数1-3的烃类化合物中的一种或多种，也可以使用甲醇制汽油过程产生的以甲烷气为主的干气。
作为对上述方式的限定，该方法的再生、钝化压力为0.1-1.2MPa，再生、钝化气速为0.1-1.0m/s。
作为对上述方式的限定，该方法的再生、钝化压力为0.3-0.7MPa，再生、钝化气速为0.2-0.8m/s。
作为对上述方式的限定，所述催化剂为ZSM-5分子筛催化剂，催化剂硅铝比为20.0:1.0-80.0:1.0。
同时，本发明还提供了一种甲醇制汽油的催化剂的再生装置，该装置包括压缩机，与所述压缩机相连的具有氮气阀门的氮气管道、具有空气阀门的空气管道、以及具有碳氢化合物阀门的碳氢化合物管道，所述压缩机通过设置有换热器和加热器的管路与反应器连通，所述反应器通过连接在所述换热器上并具有冷却器及缓冲罐的管路而与压缩机连通。
在上述甲醇制汽油的催化剂的再生装置中进行甲醇制汽油的催化剂的再生，易于实现对再生过程的控制，达到最佳的再生效果。
作为对上述方式的限定，所述压缩机进口气体温度小于60℃。
压缩机进口气体温度过高，易对压缩机造成损害。
综上所述，采用本发明的技术方案，获得的甲醇制汽油的催化剂的再生方法，优化了烧碳步骤，使孔道内的积碳烧除的更彻底，解决了催化剂活性和效率逐次降低的问题，同时还解决了再生后催化剂表面活性过强，在反应初期干气产率高、汽油产率低，产生大量低值燃料气的问题。本发明的再生装置进行甲醇制汽油的催化剂的再生，易于实现对再生过程的控制，达到最佳的再生效果。
附图说明
下面结合附图及具体实施方式对本发明作更进一步详细说明：
图1为本发明的甲醇制汽油的催化剂的再生装置示意图；
图中：1、压缩机；2、换热器；3、加热器；4、反应器；5、冷却器；6、缓冲罐；7、氮气阀门；8、空气阀门；9、碳氢化合物阀门；10、外排气阀门。
具体实施方式
本发明涉及的甲醇制汽油的催化剂的再生方法，采用图1所示的再生装置。再生装置包括压缩机1，在压缩机1的进气管道上分别连接具有氮气阀门7的氮气管道、具有空气阀门8的空气管道和具有碳氢化合物阀门9的碳氢化合物管道。压缩机1的出气管道依次通过换热器2、加热器3连接到反应器4，反应器4的出气管道依次通过换热器2、冷却器5连接到缓冲罐6。在冷却器5与缓冲罐6之间的管道上还设有外排气阀门10，用于自动调节系统压力，缓冲罐6也与压缩机1的进气管道相连，以形成具有气体循环回路的再生装置。
实施例一
本实施例涉甲醇制汽油的催化剂的再生方法，当甲醇制汽油过程中测得烃化反应器出口甲醇含量达到0.1%时，即说明甲醇制汽油过程中ZSM-5分子筛催化剂已失活，需要对催化剂再生。
实施例1.1
再生方法包括如下步骤：
一、分步烧碳再生步骤：
a、开启氮气阀门，向系统中通入氮气进行置换，至缓冲罐底部排出的尾气中碳氢化合物体积总含量小于0.1%后，开启压缩机对氮气进行系统内循环，同时向加热器通入热介质对进入反应器的氮气进行加热，开启冷却器的冷却介质循环水对进入压缩机的气体进行冷却降温，在此期间向系统中通入少量的氮气，维持系统压力0.7MPa，系统气速为0.396m/s，逐渐将反应器在0-5.0小时内升温到330℃；
b、关闭氮气阀门，开启空气阀门向系统中通入空气，通过调节空气阀门控制氮气氧气混合气体中氧气体积含量4.5%，混合气体经过压缩机循环进入反应器对催化剂进行烧碳反应，调整加热器的给热量，使反应器在5.0-8.0小时内升温到400℃；
c、调节空气阀门，控制氧气体积含量3.7%，调整加热器的给热量，使反应器在8.0~10.0小时内升温到450℃；
d、调节空气阀门，控制氧气体积含量2.5%，调整加热器的给热量，使反应器在10.0~14.0小时内升温到470℃；
二、钝化步骤：
A、关闭空气阀门，开启氮气阀门，对系统气体进行置换，使缓冲罐底部排出的尾气中氧气体积含量小于0.5%；
B、调整氮气阀门，减少氮气通入量，开启碳氢化合物阀门通入碳氢化合物气体，通过调节碳氢化合物阀门控制在反应器进口处碳氢化合物气体体积含量3.0%，氮气、碳氢化合物混合气体经过压缩机循环进入反应器对催化剂表面进行钝化，调整加热器的给热量，反应器在470℃温度恒温5.0小时；
三、关闭碳氢化合物阀门，完成催化剂再生。
实施例1.2
再生方法包括如下步骤：
一、分步烧碳再生步骤：
a、开启氮气阀门，向系统中通入氮气进行置换，至缓冲罐底部排出的尾气中碳氢化合物体积总含量小于0.1%后，开启压缩机对氮气进行系统内循环，同时向加热器通入热介质对进入反应器的氮气进行加热，开启冷却器的冷却介质循环水对进入压缩机的气体进行冷却降温，在此期间向系统中通入少量的氮气，维持系统压力1.0MPa，系统气速为0.489m/s，逐渐将反应器在0-5.0小时内升温到350℃；
b、关闭氮气阀门，开启空气阀门向系统中通入空气，通过调节空气阀门控制氮气氧气混合气体中氧气体积含量4.0%，混合气体经过压缩机循环进入反应器对催化剂进行烧碳反应，调整加热器的给热量，使反应器在5.0-8.0小时内升温到410℃；
c、调节空气阀门，控制氧气体积含量3.0%，调整加热器的给热量，使反应器在8.0~10.0小时内升温到470℃；
d、调节空气阀门，控制氧气体积含量2.0%，调整加热器的给热量，使反应器在10.0~14.0小时内升温到500℃；
二、钝化步骤：
A、关闭空气阀门，开启氮气阀门，对系统气体进行置换，使缓冲罐底部排出的尾气中氧气体积含量小于0.5%；
B、调整氮气阀门，减少氮气通入量，开启碳氢化合物阀门通入碳氢化合物气体，通过调节碳氢化合物阀门控制在反应器进口处碳氢化合物气体体积含量3.5%，氮气、碳氢化合物混合气体经过压缩机循环进入反应器对催化剂表面进行钝化，调整加热器的给热量，反应器在500℃温度恒温8.0小时；
三、关闭碳氢化合物阀门，完成催化剂再生。
实施例1.3
再生方法包括如下步骤：
一、分步烧碳再生步骤：
a、开启氮气阀门，向系统中通入氮气进行置换，至缓冲罐底部排出的尾气中碳氢化合物体积总含量小于0.1%后，开启压缩机对氮气进行系统内循环，同时向加热器通入热介质对进入反应器的氮气进行加热，开启冷却器的冷却介质循环水对进入压缩机的气体进行冷却降温，在此期间向系统中通入少量的氮气，维持系统压力0.5MPa，系统气速为0.321m/s，逐渐将反应器在0-5.0小时内升温到300℃；
b、关闭氮气阀门，开启空气阀门向系统中通入空气，通过调节空气阀门控制氮气氧气混合气体中氧气体积含量3.7%，混合气体经过压缩机循环进入反应器对催化剂进行烧碳反应，调整加热器的给热量，使反应器在5.0-8.0小时内升温到370℃；
c、调节空气阀门，控制氧气体积含量2.8%，调整加热器的给热量，使反应器在8.0~10.0小时内升温到420℃；
d、调节空气阀门，控制氧气体积含量2.2%，调整加热器的给热量，使反应器在10.0~14.0小时内升温到470℃；
二、钝化步骤：
A、关闭空气阀门，开启氮气阀门，对系统气体进行置换，使缓冲罐底部排出的尾气中氧气体积含量小于0.5%；
B、调整氮气阀门，减少氮气通入量，开启碳氢化合物阀门通入碳氢化合物气体，通过调节碳氢化合物阀门控制在反应器进口处碳氢化合物气体体积含量3.2%，氮气、碳氢化合物混合气体经过压缩机循环进入反应器对催化剂表面进行钝化，调整加热器的给热量，反应器在470℃温度恒温6.0小时；
三、关闭碳氢化合物阀门，完成催化剂再生。
实施例二
将实施例一得到的再生后催化剂用于甲醇制汽油反应，结果如下表所示：
注：上表中工厂再生后催化剂是指采用传统的分步烧碳法再生后的催化剂。
由本发明甲醇制汽油的催化剂的再生方法处理的催化剂优于工厂再生催化剂的催化性能，具有更高的催化活性，同时有效降低了再生催化剂反应初期的干气产率，提高了汽油产率。

Claims (9)

1.一种甲醇制汽油的催化剂的再生方法，其特征在于：该方法包括用氮气与氧气的混合气作为再生气对催化剂进行分步烧碳再生步骤，在分步烧碳再生步骤之后还包括用氮气与碳氢化合物的混合气作为钝化气对催化剂进行钝化步骤。
2.根据权利要求1所述的甲醇制汽油的催化剂的再生方法，其特征在于，所述分步烧碳再生步骤包括：
a、通入氮气，控制氮气体积含量不小于99.9%，于0-5.0小时升温至300-350℃；
b、停止通入氮气，通入空气，控制氧气体积含量0.5-5.0%，于5.0-8.0小时升温至390-410℃；
c、继续通入空气，控制氧气体积含量0.4-4.0%，于8.0-10.0小时升温至410-440℃；
d、继续通入空气，控制氧气体积含量0.4-3.0%，于10.0-14.0小时升温至460-500℃。
3.根据权利要求1所述的甲醇制汽油的催化剂的再生方法，其特征在于，所述钝化步骤包括：
A、停止通入空气，通入氮气，控制氮气体积含量不小于99.5%；
B、减少氮气通入量，通入碳氢化合物，控制碳氢化合物气体体积含量0.05-4.0%，升温至460-500℃，恒温3.0-8.0小时。
4.根据权利要求1所述的甲醇制汽油的催化剂的再生方法，其特征在于：所述碳氢化合物为含碳数1-3的烃类化合物或甲醇制汽油过程生成的干气中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的甲醇制汽油的催化剂的再生方法，其特征在于：该方法的再生、钝化压力为0.1-1.2MPa，再生、钝化气速为0.1-1.0m/s。
6.根据权利要求5所述的甲醇制汽油的催化剂的再生方法，其特征在于：该方法的再生、钝化压力为0.3-0.7MPa，再生、钝化气速为0.2-0.8m/s。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的甲醇制汽油的催化剂的再生方法，其特征在于：所述催化剂为ZSM-5分子筛催化剂，催化剂硅铝比为20.0:1.0-80.0:1.0。
8.一种甲醇制汽油的催化剂的再生装置，其特征在于：该装置包括压缩机，与所述压缩机相连的具有氮气阀门的氮气管道、具有空气阀门的空气管道、以及具有碳氢化合物阀门的碳氢化合物管道，所述压缩机通过设置有换热器和加热器的管路与反应器连通，所述反应器通过连接在所述换热器上并具有冷却器及缓冲罐的管路而与压缩机连通。
9.根据权利要求8所述的甲醇制汽油的催化剂的再生装置，其特征在于：所述压缩机进口气体温度小于60℃。
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